In silico Reduktion der Konformationsheterogenität in der Einzelpartikel-Cryo-EM

• Antragsteller: Professor Dr. Gunnar Schröder
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252101029

Die Einzelpartikel-Kryo-Elektronenmikroskopie hat sich mittlerweile zu einer leistungsfähigen Methode entwickelt, um die Struktur von großen Makromolekülen und deren Komplexen zu untersuchen. Eine der größten Herausforderungen bei der Analyse der Kryo-EM-Bilder ist die Heterogenität und Flexibilität der Moleküle, welche die erreichbare Auflösung erheblich einschränkt. In dem vorgeschlagenen Projekt entwickeln wir einen rechnerischen Ansatz, um die konformationelle Varianz einer Reihe von Einzelpartikelbildern zu verringern und somit die erreichbare Auflösung zu erhöhen. Unser Ansatz beruht auf einer Methode, die wir bereits entwickelt haben, mit der Änderungen der Konformation mit Hilfe eines Bootstrapping Verfahrens berechnet werden können. Die Information über die konformationelle Varianz wird dann zur extensiven Klassifizierung der Bilder in eine großen Anzahl von verschiedenen Klassen verwendet. Im nächsten Schritt werden die einzelnen 3D-Rekonstruktionen aller Klassen in einer einzigen Rekonstruktion durch eine geeignete Mittelung kombiniert. Das Ziel ist es, die Auflösung zu verbessern und gleichzeitig ein vollständiges Bild der konformationellen Varianz des Makromoleküls zu gewinnen. Das vorgeschlagene Verfahren wird dann auf zwei verschiedene Systeme angewendet werden: 1) in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Holger Stark werden wir den SelB-Ribosomenkomplex studieren, wobei Domäne 4 von SelB, die für die Erkennung durch das Ribosom entscheidend ist, im Moment wegen der erheblichen Heterogenität nicht mit hoher Auflösung bestimmt werden kann. Und 2), mit der Arbeitsgruppe von Wah Chiu werden wir an dem GroEL/ES-RuBisCO Komplex arbeiten. Wir haben vor kurzem die Struktur dieses Komplexes veröffentlicht, welche das eingekapselte Substrat zeigt. Die Struktur des Substrats scheint dabei eine Mischung aus verschiedenen Konformationen zu sein. Wir beabsichtigen, diese verschiedenen Konformationen zu trennen und die Struktur eines Faltungsintermediats innerhalb des GroEL/ES Hohlraums zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen